Gastrennung

Gasgemische können mithilfe unterschiedlicher Membrantypen getrennt werden. Dabei bieten Membranen im Vergleich zu kryogenen Methoden hohe Selektivitäten und sind zudem energieeffizienter, da kein Phasenübergang notwendig ist.

Sauerstoffabtrennung mit Perowskit-Kapillarmembranen

Perowskit-Hohlfasermembran
© Fraunhofer IGB
Typische Geometrie einer Perowskit-Hohlfasermembran. Außendurchmesser: 900 μm, Innendurchmesser: 600 μm, Länge: 30 cm.

In den letzten Jahren sind zunehmend gemischtleitende Perowskite als Membranmaterialien für die selektive Trennung von Sauerstoff aus Gasgemischen in den Fokus gerückt. Um die besonderen Materialeigenschaften von gemischtleitenden Perowskiten mit einer effektiven spezifischen Membranoberfläche zu verbinden, haben wir am Fraunhofer IGB sauerstoffleitende Perowskit-Kapillarmembranen entwickelt. Im Vergleich zu herkömmlichen Geometrien (Scheiben, Rohre, Mehrkanalelemente) haben diese Membranen die größte Packungsdichte (Trennfläche pro Volumen) und einen extrem geringen Materialverbrauch.

Wasserstoffabtrennung mit Palladium-beschichteten Aluminiumoxid-Kapillarmembranen

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer PdAG-beschichteten Hohlfasermembran.
© Fraunhofer IGB
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer PdAG-beschichteten Hohlfasermembran.

Palladium und seine Legierungen können Wasserstoff in Form von Hydriden im Metallgitter einlagern. Für die Abtrennung von Wasserstoff haben wir Palladium-beschichtete Aluminiumoxid-Kapillarmembranen entwickelt. Dadurch wird eine hohe spezifische Trennfläche erreicht. Durch eine stromlose Abscheidung können sehr dünne, gasdichte Palladium(-legierungs) Schichten hergestellt werden.

CO₂-Abtrennung

Für die Abtrennung von CO₂ von anderen Gasen nutzen wir unterschiedliche Trennprinzipien.

 

Größenausschluss mit Metal Organic Frameworks (MOF)

Für eine Trennung mittels Größenausschluss setzen wir sogenannte »metal organic frameworks« (MOF) ein, die wir in Mixed-Matrix-Membranen einbauen können. Diese besitzen dann poröse Strukturen definierter Größe im unteren Nanometerbereich, die für die Gastrennung genutzt werden können.

Absorption mit ionischen Flüssigkeiten

Außerdem nutzen wir ionische Flüssigkeiten (ionic liquids, IL), die CO₂ mit hoher Kapazität absorbieren können. Bringt man diese über Kapillarkräfte in poröse Membranen, können diese trägergestützten Flüssigmembranen zur CO₂-Abtrennung genutzt werden.

Referenzprojekte

MAVO MEGA – Funktionale Membranen für die sichere, energieeffiziente Gastrennung

Der industrielle Einsatz technischer Membranen ist bisher überwiegend auf die Flüssigfiltration und weniger auf die Gastrennung ausgelegt. Im Projekt MEGA wurden am Fraunhofer IGB in Kooperation mit drei weiteren Fraunhofer‑Instituten Mixed‑Matrix‑Membranen entwickelt, die aufgrund verbesserter Trenneigenschaften im Vergleich zu reinen Polymerbeschichtungen ein großes Potenzial für die Gastrennung besitzen.